Ассоциации полиморфизмов генов ACЕ, PPARGC1A с фенотипами ожирения у детей Российской Федерации

ОБОСНОВАНИЕ

При наличии некоторых полиморфных вариантов генов может произойти нарушение метаболического баланса, особенно в отношении процессов пищеварения, ассимиляции и физиологического использования питательных веществ, поступающих в организм. В ряде исследований было показано, что наличие определенных полиморфных вариантов в генах может быть связано со специфическими изменениями в метаболизме питательных веществ и энергии, влекущими фенотипические отличия и изменения, в том числе патологического характера [1–7].

К таким генам, в частности, относятся PPARGC1A (кодирует белок — коактиватор 1–альфа-рецептора, активируемого пролифераторами пероксисом, гамма), ACE (кодирует синтез ангиотензинпревращающего фермента), продукты которых обеспечивают энергетический обмен клетки и активно изучаются не только в развитии взаимосвязи с физическим признаками индивидуумов (спортивные результаты), но и в отношении патологических изменений в организме в результате появления продуктов обмена с измененными физико-химическими свойствами и параметрами функциональной активности, приводящими к различным заболеваниям (ожирение, сахарный диабет 2 типа (СД2), инсулинорезистентность, метаболический синдром) или избыточному накоплению продуктов обмена (холестерин, ЛПНП и др.) [1–7].

PPARGC1A считается центральным регулятором энергетического метаболизма. Было показано, что PPARGC1A контролирует окислительный метаболизм во многих типах клеток, процессы клеточного дыхания и обмен веществ [1]. Белок участвует в реализации программы инсулинорегулируемого глюконеогенеза. PPARGC1A экспрессируется преимущественно сердце, скелетных мышцах и почках, а также в меньшей степени в печени, тканях мозга и поджелудочной железы. Среди вариаций в гене PPARGC1A особый интерес представляет полиморфизм rs8192678 (замена нуклеотида G на A в положении 1444 экзона 8), который приводит к замещению глицина на серин в положении 482 (Gly482Ser) белка. Аллель A встречается с частотой 30–40% [1–2]. Он ассоциирован со снижением уровня экспрессии гена PPARGC1A, уменьшением окислительных процессов и митохондриального биогенеза, с ожирением у мужчин, ведущих физически неактивный образ жизни [2]. Метаанализ 3718 больных СД2 выявил ассоциацию аллеля A с повышенным риском его развития [3][4].

Белок, кодируемый геном ACE человека, является наиболее важным компонентом ренинангиотензиновой системы. Сообщаемые эффекты полиморфизма ACE различаются в разных исследованиях и популяциях. По данным метаанализа, включающим 16 исследований, выявлено, что полиморфизм гена ACE ответственен примерно за 50% фенотипических вариаций, обнаруживаемых в уровнях белка ACE (ангиотензинпревращающий фермент) в плазме крови. Лица с генотипом I/I имеют пониженные уровни ACE, тогда как лица с I/D имеют промежуточные уровни, а лица с D/D — повышенные уровни фермента. В нескольких исследованиях выявлена взаимосвязь между полиморфизмом D/D гена ACE и патогенезом СД и его осложнений. Однако результаты противоречивы [5].

Также была проанализирована ассоциация гена ACE с факторами окружающей среды и гипертонией. Так, полиморфизм гена ACE (rs1799752) ассоциирован с артериальной гипертензией и избыточным потреблением углеводов. Лица с генотипом ACE*DD имели более высокое потребление углеводов и повышенную предрасположенность к артериальной гипертензии по сравнению с носителями генотипов ACE*ID и ACE*II [6]. Более того, показано, что у людей c генотипом ACE*DD было повышено потребление соли более чем на 5 г в день, что также может быть связано с более высоким риском развития гипертонии [7].

Ожирение — глобальная проблема человечества, а избыточный вес и ожирение относятся к числу пяти основных факторов риска смерти. ВОЗ определяет ожирение как «ненормальное или чрезмерное накопление жира, которое представляет риск для здоровья». Еще десять лет назад было показано, что ежегодно около 2,8 млн взрослых умирают по причине избыточного веса или ожирения [8].

Одно из наиболее крупных популяционных исследований в Российской Федерации, проведенное в 2004 г., включившее 13 700 детей 6–18 (средний возраст 13 лет) лет из 6 регионов (Тверская, Ростовская, Тульская, Брянская, Калужская, Орловская области и остров Сахалин) выявило избыточную массу тела у детей от 5,5 до 11,8%, а ожирение — у 5,5% детей, проживающих в сельской местности, и 8,5% — в городской [9].

В 2007 г. Европейское региональное бюро ВОЗ разработало инициативу по эпиднадзору за детским ожирением (Childhood Obesity Surveillance Initiative — COSI), целью которой является определение причин развития избыточной массы тела, а также разработка и внедрение норм питания и физической активности у детей школьного возраста. COSI является одним из крупнейших популяционных исследований избыточной массы тела и ожирения среди детей школьного возраста, охватившее 38 стран Европейского региона ВОЗ с включением более чем 300 тысяч детей [10]. Согласно последним опубликованным данным этого исследования, первое место по распространенности детского ожирения занимают страны Южной Европы. В Греции, Испании, Италии, на Кипре, Мальте и в Сан-Марино ожирением страдают от 18 до 21% мальчиков (т.е. приблизительно каждый пятый). Самые низкие показатели ожирения, напротив, отмечаются в Дании, Ирландии, Латвии, Норвегии и Франции — от 5 до 9% детей обоих полов [10].

Исследование 2017–2018 гг, проведенное в г. Москве в рамках программы COSI, включившее 2166 детей 7-летнего возраста, выявило наличие избыточной массы тела у 27% мальчиков и 22% девочек, а ожирение — у 10 и 6% детей соответственно [10].

Ожирение связано с развитием многих хронических и потенциально опасных для жизни заболеваний, таких как болезни сердца, рак и диабет, и практически на каждую систему органов ожирение может оказать негативное воздействие.

Исследования ожирения и состава тела у населения в целом продемонстрировали, что распределение жира в организме, особенно увеличение жировой прослойки верхней части тела, висцерального жира и внутримышечного жира, являются важными предикторами метаболических последствий, обычно связанных с ожирением. В связи с этим является актуальным исследование генов, отвечающих за энергетический обмен и их ассоциативные связи с метаболическими нарушениями у детей с ожирением [11].

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ

Провести ассоциативный поиск полиморфных вариантов генов ACЕ (I/D) и PPARGC1A (G/A) с клиническими фенотипами ожирения у детей.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объект изучения: дети в возрасте от 5 до 18 лет с избыточной массой тела и ожирением (основная группа, N=177), здоровые дети (группа контроля N=135). В исследование были включены дети с избыточной массой тела и ожирением, которые проходили лечение в отделении эндокринологии «НИКИ детства МЗ МО» (г. Мытищи, ул. Коминтерна, 24А, стр. 1). Использовали критерии установки диагноза согласно клиническим рекомендациям «Ожирение у детей. 2021» [12].

Критерии включения

Дети в возрасте от 5 до 18 лет с избыточной массой тела и ожирением.

Дети в возрасте от 5 до 18 лет, здоровые.

Критерии исключения

Неподписание информированного согласия.

Предмет изучения: нутритивный статус, показатели липидного, белкового, углеводного обменов, ассоциативный поиск полиморфных вариантов генов ACЕ (I/D) и PPARGC1A (G/A) с клиническими фенотипами ожирения (ОЖ) у детей.

Все испытуемые подписали информированное добровольное согласие. Исследование одобрено этическими комитетами (протокол этического комитета №30 от 01.10.2022 ФГБНУ «Медико-генетический научный центр имени академика Н.П. Бочкова», протокол этического комитета №4 ГБУЗ МЗ МО «НИКИ детства МЗ МО» от 22.12.2022).

Методы исследования

1. Клинико-анамнестические.

2. Антропометрические показатели (масса тела, длина тела, ИМТ, z-критерий, перцентильные значения по критериям ВОЗ Anthro).

3. Биохимические исследования включали определение уровня глюкозы, инсулина, С-пептида, триглицеридов, холестерина общего, холестерина-ЛПВП (α-холестерин), холестерина-ЛПНП (β-холестерин).

4. Молекулярно-генетические методы анализа полиморфизмов генов PARGC1А (G/A), ACE (I/D): геномная ДНК выделялась из цельной крови с помощью стандартного метода (набор для выделения ДНК- HIPure Blood DNA Mini Kit (China). Тестирование полиморфных вариантов генов ACЕ (I/D) rs4646994, PARGC1А (G/A) rs8192678 проведено методом ПЦР и ПДРФ анализа (полиморфизм длин рестрикционных фрагментов). Для амплификации использовали соответствующие праймеры и рестриктазы (табл. 1).

Для поиска ассоциативных связей в основной группе были выделены следующие клинико-фенотипические проявления ожирения: метаболический синдром (МС) [13], СД2, гликемия натощак, нарушенная толерантность к глюкозе (НТГ), гипертриглицеридемия (ГТГ). Использовали критерии установки диагноза согласно клиническим рекомендациям, нормативным документам [13][14][15].

Критерии МС у взрослых и подростков старше 16 лет: абдоминальное ожирение (превышение критического значения окружности талии с учетом этнической принадлежности), триглицериды (≥1,7 ммоль/л) ЛПВП (М<1,0 ммоль/л, Ж<1,3 ммоль/л), АД≥130/≥85 мм рт.ст., гликемия натощак (≥5,6 ммоль/л) [13][14][15].

Критерии МС у взрослых и подростков 10–16 лет: окружность талии (ОТ≥90 перц. или превышение критического значения ОТ взрослых) триглицериды (≥1,7 ммоль/л) ЛПНП (<1,03 ммоль/л), АД (САД≥130 мм рт.ст. или ДАД≥85 мм рт.ст.), гликемия натощак (≥5,6 ммоль/л) [13][14][15].

Нарушения углеводного обмена диагностировали на основании стандартного 2-часового перорального глюкозотолерантного теста (СГТТ). Результаты СГТТ оцениваются в соответствии с рекомендациями Европейского экспертного комитета по диагностике и классификации сахарного диабета [16]. Показатели углеводного обмена считаются нормальными, если уровень глюкозы в капиллярной крови натощак составляет менее 5,5 ммоль/л, а через 2 ч после нагрузки — менее 7,8 ммоль/л. Если уровень глюкозы натощак — менее 6,1 ммоль/л, но через 2 часа находится в пределах от 7,8 до 11,1 ммоль/л, то это состояние классифицируется как НТГ [16].

Методы статистического анализа

Статистическая обработка данных проводилась с помощью пакета прикладных программ IBM SPSS Statistics 26. В зависимости от вида распределения мерами центральной тенденции и рассеяния служили среднее значение (М) ± стандартное отклонение (SD) или медиана (Ме) (интерквартильный размах)/(Q1;Q3). Формат представления качественных признаков — абсолютные числа с указанием долей (%). Статистическая обработка для анализа качественных данных — с использованием критерия Хи-квадрат Пирсона, точного критерия Фишера. Проведена проверка соответствия распределения генотипов равновесию Харди-Вайнберга (РХВ). Различия считались статистически значимыми при p<0,05. Для контроля ошибки первого рода при множественных сравнениях была введена поправка Бонферрони.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Клиническая характеристика группы исследования и группы сравнения представлена в таблице 2.

Дети были сопоставимы по возрасту, полу. В группе детей с ожирением были выделены подгруппы с нарушенной толерантностью к глюкозе (НТГ) — 24 (14%) ребенка, с метаболическим синдромом (МС) —18 (10,7%) ребенка, гипертриглицеридемией (ГТГ) — 26 (15%) детей. Не было выявлено детей с СД2. Ожирение 1 ст. имели 77 (43,5%) детей, ожирение 2 ст. — 23 (13,5%) ребенка, ожирение 3 ст. — 7 (3,5%) ребенка. Избыточную массу тела имели 70 (39,5%) детей. Среди детей здоровой группы не было выявлено избыточной массы тела и ожирения (табл. 2).

Распределение частот полиморфизмов гена ACЕ (I/D), гена PPARGC1A (G/A)

Результаты исследования распределения частоты генотипов у здоровых детей и подростков выявили, что генотип I/D и I/I и аллель I (Insertion) гена ACЕ и генотипы А/A и G/A, аллель A гена PPARGC1А встречается чаще, чем другие генотипы (табл. 3).

Результаты исследования частоты распределения генотипов у пациентов с ожирением (табл. 4) выявили, что генотип I/D и аллель D гена ACЕ, и генотип G/A и аллель A гена PPARGC1А встречаются чаще, чем другие генотипы. Не для всех обследованных генотипирование одинаково прошло по исследуемым системам, поэтому количество генотипов для полиморфизмов генов ACЕ (I/D) и PPARGC1А (G/A) в таблицах 3–8 различное.

Сравнение генотипов у пациентов с ожирением (основная группа или группа 1, 177 детей) и здоровыми детьми (контрольная группа или группа 2, 135 человек) показало, что генотип I/D гена ACЕ регистрировалось чаще по сравнению со здоровыми детьми (табл. 5), при этом генотип I/I при ожирении не зарегистрирован. Генотип G/G и аллель G гена PPARGC1А при ожирении определялся чаще, чем в группе контроля.

Сравнение генетических маркеров у пациентов с ожирением (1 группа, 140 детей) и ожирением с нарушением толерантности к глюкозе (НТГ) (группа 2, 24 человека) показало, что генотип G/G и аллель G гена PPARGC1А при ОЖ были ассоциированы с НТГ (табл. 6).

Сравнение генотипов у пациентов с ожирением без метаболического синдрома (МС) (1 группа, 146 детей) и ожирение с МС (группа 2, 18 человек) показало, что генотип G/G и аллель G гена PPARGC1А при ожирении были ассоциированы с МС (табл. 7).

Сравнение генетических маркеров у пациентов с ОЖ без повышения триглицеридов (135 детей) и ОЖ с повышением триглицеридов (ТГ) (26 детей) показало, что генотип G/G и аллель G генетического генотипа PPARGC1А при ОЖ связаны с гипертиглицеридемией (табл. 8).

ОБСУЖДЕНИЕ

Существует множество исследований, показывающих, что наличие определенных полиморфных вариантов в некоторых генах может быть связано со специфическими изменениями в метаболизме питательных веществ и энергии и, следовательно, с более или менее желательными эффектами от снижения калорийности рациона и/или физических нагрузок. Существуют также доказательства различного влияния одних и тех же полиморфизмов в разных этнических группах [2][3][5].

Полиморфизм D/D и аллель D гена АСЕ ассоциирован с повышенной продукцией ангиотензинпревращающего фермента (АПФ), что приводит к увеличению уровня ангиотензина II, повышающим риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, болезни почек, атеросклероза, и приводящим к усугублению течения АГ. Аллель I имеет протективное значение в развитии этих заболеваний [5]. В нашем исследовании аллель I гена ACЕ не встречался в гомозиготном состоянии при ОЖ, а гетерозиготный встречался чаще, чем у здоровых детей и подростков, однако ассоциаций генотипа с метаболическими рисками у пациентов с ожирением не было выявлено, что, возможно, обусловлено возрастом пациентов, так как большинство метаболических осложнений развивается в зрелом возрасте. Исследование Зуева И.Б. и соавт. показало данную связь с МС у взрослых. Авторы выявили, что носительство аллеля D в генотипе полиморфного локуса rs4646994 гена АСЕ связано с увеличением активности сывороточного АПФ. Это отягощает течение артериальной гипертонии. В то же время в результате многочисленных одномоментных и когортных исследований подтверждена ассоциация гипертонической болезни, СД2 и ожирения. Помимо этого, доказана ассоциация носительства аллеля D в полиморфном локусе rs4646994 гена АСЕ с более тяжелым течением СД2 и атеросклероза сосудов различных локализаций [17].

В другом исследовании выявлена ассоциация носительства аллеля D полиморфного локуса rs4646994 гена АСЕ с избыточной массой тела и андрогенным дефицитом [18].

В проведенном исследовании генотип G/G гена PPARGC1А встречался достоверно чаще у детей с ожирением, чем в здоровой выборке, и был ассоциирован с ожирением и метаболическими рисками. В то же время, по данным литературы, G/G связан с нормальным функционированием гена и синтезируемого белка: нормальной секреций инсулина; низким риском дислипидемии, ожирения и СД2; нормальным поглощением глюкозы клетками; улучшением аэробной способности [1].

И наоборот, полиморфизмы (А/A и G/A) связаны с высоким риском инсулинорезистентности. Однако, по данным другого метаанализа, уровень глюкозы в плазме крови натощак был значительно ниже у генотипов A/A по сравнению с G/G и G/A в общей группе выборки и в неазиатской группе (p<0,001). Генотип A/A показал значительно более низкие уровни общего холестерина по сравнению с генотипом G/G и G/A при использовании рецессивной модели с неазиатской группой (p<0,05). В рамках доминирующей модели индекс массы тела генотипа G/G был значительно выше в азиатских подгруппах (p<0,05). Таким образом, полиморфизмы могут по-разному влиять на разные этнические группы населения [2][3].

Это показывает необходимость дальнейшего изучения генотипов генов энергетического обмена на российской выборке и позволит изучить ассоциативные связи с заболеваниями, оптимизировать подходы профилактики и коррекции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Гетерозиготный генотип I/D гена ACЕ встречался чаще у пациентов ожирением, однако ассоциаций генотипа с метаболическими рисками не было выявлено. Генотип I\I при ожирении не зарегистрирован. Аналогично, генотип G/G гена PPARGC1А чаще выявлялся у пациентов с ожирением и был связан с риском развития метаболических нарушений и гипертриглицеридемии.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источники финансирования: Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования РФ для ФГБНУ МГНЦ.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.

Участие авторов. Максимычева Т.Ю. — концепция, дизайн исследования, сбор, обработка и анализ материалов, написание статьи; Балинова Н.В., Мельяновская Ю.Л., Тарасов М.В., Бухонин А.В. — молекулярно-генетические исследования, внесение в базу данных; Тлиф А.И., Басова А.В. — набор объектов исследования; Лошкова Е.В. — статистическая обработка, коррекция текста статьи, внесение правок; Кондратьева Е.И. — руководство исследования, коррекция текста, внесение правок.

Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.